2019世界铝电解技术的发展趋势(R).ppt

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1、世界铝电解技术发展的趋势,挖潜降本 谋求生存 节能减排 稳定发展 中 铝 国 际 贵 阳 铝 镁 设 计 研 究 院 姚 世 焕,内容,国外近期新建铝厂概况 铝电解技术先进性的标志 世界具有代表性的三种铝电解技术 （迪拜DX-370，海德鲁HAL275和HAL-4e（400KA）， 力拓-加铝AP3X（390KA）和AP50（500KA） 我国铝电解槽的节能 降低成本与低极距、低电压、高电流密度 和高电流效率问题的讨论,近期国外新建电解铝厂,海湾地区正在新建一批大型铝电解厂，世界三大技术公司在海湾展开技术较量,2020原铝需求将达到7000万吨,图中显示，再生铝的增长速度高于原铝。1980年再

2、生铝的产量仅为500万吨，而到了2007年就达到1800万吨，几乎增长了400%；而同期原铝的增长从1500万吨到3800万吨，只增长了250%，未来再生铝的市场将会以更快的速度增加。,为什么再生铝的需求兴旺 从原铝生产使用能量数量的额度来看也是惊人的，从煤炭开采发电输电铝土矿开采氧化铝生产阳极制造电解铝生产直到铝加工材为止，所需要的能源大约是60.5kwh/kg (相当于60500kwh/t) ，而铝的再生只需要2.8 kwh/kg(相当于2800kwh/t)，也就是比原铝制造所用能源节省了约95%，因此，废铝回收或再生就越来越被用户所垂青。,海湾地区已投产和在建新铝厂（海湾铝工业会议公布）

3、,海湾地区即将投产和扩建、新建项目（海湾铝工业会议公布）,印度、俄罗斯、冰岛和马来西亚 在建和拟建铝厂的项目,阿曼Sohar变电整流设计,股权:SAC 40% by COC.40% by ADWEA,20% by Alcan. 原设计规模:325,000吨(可研),安装360台AP-35电解槽,实际产能360,000吨。 1400MW,5个燃气发电厂 力拓-加铝技术：AP-37 投资:24亿美圆,Bechter EPCM 总承包 22美圆。 ABB供应51650V/103KA, 300吨/组, 220V. 2007年,12月20日发电,2008年,5月26日出铝,11月12日全部投产完毕.,卡

4、塔尔 Qatalum 变电整流设计,公司:Qatalum Aluminium Co,LLC.Qatar 电解2个系列,共704台电解槽,每个系列352 台.计划2009年底投产. 设计规模:585,000吨. ABB设计:电解槽电流按340KA设计,直流电压按1750V设计,但是ABB实际制造按直流2000V.每台400吨重. 220V,电缆。, 10 组整流机组 85KA,1750V, 10 of 65 Mvar 33KV PFC babks, DC 测量 400KA ABB 10 组 162 MVA 整流变压器,铝电解技术先进性的标志,电解槽大型化：目前评价的基本标准： 电流强度在300K

5、A以上，有代表性是350KA， 400KA和500KA. 1. 目前世界上最先进的 是力拓加铝-Pechiney AP3X系列，在全世界有450万吨产能采用AP-350,AP360,AP370和即将上市的AP-400KA和AP500KA 2. 挪威海德鲁公司：HAL-300KA和HAL-420KA，前者在中东卡塔尔铝厂新建585,000吨. 3. 迪拜铝业:DX370KA,在中东新建一个700,000吨铝厂，最终规模1400,000吨 高电流密度0.95A/cm2,正向着1A/cm2 发展。我国普遍0.73-0.75 A/cm2，有的铝厂正向着0.83A/cm2 发展。 高电流效率：95-96

6、%，我国90-92%达到94%的少有。 国外先进直流电耗12800-13000kwh/t,我国新型槽12500kwh/t或小于12500kwh/t.,世界具有代表性的三种铝电解技术 后期之秀的迪拜铝业-DX-370KA 紧跟世界潮流的海德鲁HAL-4e 不甘落后的彼施涅AP390和AP50,世界最大的百万吨级-迪拜铝厂,迪拜铝厂概况(2009年资料),2008年全年产量:945,000吨 2007年全厂共有1552台预焙电解槽+5台280KA试验槽 2007年各系列: 第1到第4系列：D18槽型， 192.84KA，电流效率94.94% 第5到第6系列：CD20槽型，232.21KA，电流效率

7、96.08% 第7和第9系列：D20槽型， 232.57KA，电流效率94.47% 第8系列：XD(350KA)槽型，350.05KA，电流效率96.00% 2007年阳极焙烧产量： 第1和第2焙烧炉： 166600块阳极/年 第3和第4焙烧炉： 219000块阳极/年 合计 385600块阳极/年 全厂52台套整流变电机组经过多年改造与更新。,CD20和D20的改进,1991年有5台CD20试验槽，实际电流200KA； 1996年工厂进行第2次扩建：第5系列和第6系列： 第5系列：240台 CD20，电流225KA, Da=0.92A/cm2 第6系列：240台 CD20，电按230KA,

8、Da=0.94A/cm2 2003年和2005-2006之间工厂进行第4次和第5次扩建，采用CD20的衍生品D20新型电解槽： 第7系列：212台 D20，2006年增加到248台 第9系列：120台 D20。2006年增加到248台。 2008年；CD20的电流强化到233KA，Da=0.95A/cm2 D20的电流强化到246KA, Da=0.99A/cm2 2007年安装32台超设计的D20槽,限制的强化电流为250KA,但是目前的电流效率为96%, 另人费解的是Da=0.99A/cm2电流密度，极距是多少？,第3和第4系列合并，更新整流变电设备,D20和CD20的特点,1个AlF3料箱

9、 2个氧化铝料箱 4个点式下料器 1个出铝打击头 阳极加长：1515-1535mm，钢爪直径=170mm，使用带槽阳极。 侧部采用SiC砖，见图。 阴极石墨化，加长40mm，见图。 槽壳钢板厚度增加，并增加一根工字梁。 槽壳增加散热板。 采用自己开放的DCCU控制器和软件。 氧化铝控制浓度1.5-3.5%,提高电流效率的措施： （1）稳定供电电流是最重要的； （2）采用高过剩量的AlF3，严格控制稳定的氟化铝浓度和过热度是提高电流效率的第二大因素； （3）控制氧化铝的浓度是关键 (4) 降低极距会显著的改进了能量效率或槽电压 虽然，高电流密度可以取得很高的电流效率，但是在低分子比和较低极距的条

10、件下运行，条件十分苛刻。因此当保持不恰当的操作情况时会使噪声增加。 (5) 阴极电流密度对电流效率的影响:在给定设计的电解槽上，铝的二次反应是一个常数，因此，在电解槽电解质温度、电解质成分和槽帮基本不变的条件下，阴极电流密度越高，电流效率必然也随之提高。在阴极，钠和铝是按照下列反应式协同在阴极上沉积的。 Al+3NaF（在冰晶石中的NaF） AlF3（在冰晶石中）+3Na（在铝中）,钠平衡的浓度是随着电解质操作温度的降低和AlF3过剩量的增加而降低的。所以在高阴极电流密度和更低的分子比条件下，Na在铝中含量减少了，当然由于生成的铝多了，所以电流效率就提高了。见下表。 CD-20电解槽铝中的钠为

11、94ppm，D20为81ppm，所以为什么D-20的电流效率是96%！显然是因为D20不仅阳极电流密度比CD-20高，而且阴极电流密度也与CD-20接近。 但是有相反的情况出现，见下述和Hydro的经验。,电流效率与Na关系,迪拜的解释： 从理论上分析阴极电流密度越高，电流效率越高，而铝中的含Na减少。但是有些铝厂由于磁场补偿较好，降低了铝液的流速，此时，浓度的极化作用使Na析出较多，铝液中Na含量较高，获得较高的电流效率。 但是迪拜的实践是铝液中的Na浓度越低电流效率越高，恰恰与那种磁场补偿好的电解槽得到相反的结论。迪拜认为他们的铝液流速没有降低，而是在较高流速的情况下没有损害电解槽的指标，

12、所以，迪拜认为：这与严格控制电解质化学成分有关。,2010年TMS会议宣布D20槽电流为260KA,2010年TMS会议上，该公司公布的D20电解槽实际数据: 电流为260KA(自称为超强化电解槽,因为原来250KA时,阳极电流密度已经达到0.99A/cm2,现在是多少? 平均电流效率为95.5%. D20电解槽技术已经在伊朗的Babdar Abbas-HORMOZAL工程中应用，预计2009年10月投产。 基于D20的成功经验，该公司将其长期积累的经验和开发的数学模型，在2005年第4季度投产了5台DX型电解槽，当时运行的电流为340KA,5台DX型电解槽,整个母线设计的电流密度比D20电解

13、槽约降低20%,立母线的截面很大； 5台试验槽采用4根立母线，30个带有4个蜘蛛状钢爪的单阳极，而全厂D18、D20、CD20使用的是直线型3钢爪单阳极； 5台试验槽在试验阶段阳极长度进行了3次更改，试验开始采用1500mm，电流为327.4KA，第2次改为1560mm，电流上升到333.5KA，第3次采用1580mm长阳极,电流上升到340KA，改变的原因除了力争高电流之外，主要是因为大面宽容易塌壳，所以不断加长阳极，详细过程见表 在40台工业生产槽分两栋厂房配置。阳极由30个改为36个单阳极，由蜘蛛状4钢爪改为直线型3钢爪，因为蜘蛛状钢爪难以清理，如清理残极表面的电解质时，难度较大，另外便

14、于阳极组装车间统一处理一种规格的阳极组件 采用石墨化阴极炭块和SiC侧块； 单个下料器由工厂常用规格1.9kg改为1.3kg。,5台DX试验槽阳极尺寸变化与指标,Dubal 第 8 系列 DX - 370 KA 电解槽,5试验槽采用30个810宽的阳极，阳极长度1580mm 第8系列40台工业槽改为36个小阳极，报导阳极总面积与原有30个阳极相同，每侧18个阳极，测算宽度为675mm，电流强度370KA时，阳极电流密度为0.96A/cm2 。 该设计用于建设阿布扎比170万吨（Emal）电解铝厂,DX - 370 电解槽系列指标(40台),340KA时槽电压为4.3V,而电流升到370KA时,

15、虽然阳极面积增加了2%,但槽电压降低到4.15V，说明ACD大幅度降低。,阿布扎比（Emal）电解厂房,Emal电解厂房鸟瞰,阿布扎比（Emal）工程(1期70万吨),海德鲁铝业公司300和400KA电解槽 和对电解技术的新认识,海德鲁的 HAL250/275(300KA)电解槽技术,HAL-250/275电解槽原设计指标,电流密度为阳极电流密度。氟的排放量为从电解槽排到电解厂房的量。,HAL-250/275电解槽已经在挪威的Ardal、Sunndal和卡塔尔Qatalum三个铝厂安装使用， 最先在Sunndal铝厂使用的HAL-250KA电解槽，由于技术的不断改进，电流已经从252KA上升到

16、275KA，即在不增加任何投资的情况下，产量提高了10%。 最近由于技术的提高，Sunndal铝厂的实际电流已经达到303KA，在强化区实际电流达到313KA已经超过半年。 在Qatalum安装的704台HAL-250/275电解槽，按设计产能585,000吨/年计算其设计电流是300KA。,高电流强度和高电流密度电解槽的设计与生产注意4个方面：MHD稳定性、阴极电流分布、侧部槽帮的形状和过热度与氧化铝浓度的控制。 高电流强度的电解槽，磁场影响相当重要，主要是磁场的垂直分量。设计中特别是相临列电解槽之间垂直磁场的相互影响，因为电解槽排烟设计的惯例，两列电解槽的烟道端均在两栋电解厂房的短侧，因此

17、，两列电解槽的槽中心距离越大越有利，需要通过计算和经济比较予以确定。 对于一个500KA的电解槽而言，没有补偿的垂直磁场值，最大值约为70Gs，4个象限的平均值可达35Gs，经过补偿，分别可以降到15-20和4-5Gs。,海德鲁HAL250/275槽壳内部长度为12010mm,HAL250/275槽壳内部宽度为4080mm,列间距离只有30米的母线配置,230KA槽壳不变250KA275KA313KA（Sunndal）,HAL250/275电解槽技术是在HAL-220、HAL-230（委内瑞拉）和斯洛伐克HAL230/250的基础上衍生的。 1995年在斯洛伐克建设了172台HAL-230，扩

18、建中于2001年新增54台HAL-250电解槽。30个单阳极，阳极尺寸由HAL-230的1410700mm改为1510710mm，实际电流达到258KA ，电流密度0.80A/cm2，3爪变4爪。采用石墨化阴极和SiC侧块，槽壳尺寸和HAL-230一样，并减轻了5吨。电流效率94%，槽电压4.13V，直流电耗13200kwh/t，效应系数0.05，阴极压降280-290mV（石墨化阴极）。 HAL-250又继续强化到275KA，后来又强化到300KA为320KA奠定了基础。这也是一个很有意思的发展，即30个700-710mm宽阳极的模式一直可以从230KA发展到300KA。 一个基本槽型在阴极

19、槽壳基本不变的情况下，阳极长度从1410mm加长到1550mm，阳极电流密度提高了不到10%，电流就提高了37-39%，使企业增加了产能和降低成本，难道这不是一种非常经济的发展途径吗？,海德鲁的称HAL250/275电解技术为“峡谷技术”,海德鲁的 HAL250/275电解槽技术被成为“峡谷技术”，因为铝电解系列是建设在挪威西部的峡谷地区，而该地区对环保要求十分苛刻。 它是世界上最环保和友好的槽型，从HAL250/275电解槽排放的污染物与世界上使用的任何铝电解技术比较，可能是最低的。 采用自主开发的双抽气系统。该系统即便是在电解槽打开槽罩和更换阳极的条件下均能使排放物达到最小值。抽气系统分为

20、两个分支系统，每个抽气系统管理12台电解槽。第一个抽气分支系统，即正常抽气系统，它属于基本抽烟系统，它包括非人工操作条件下，12台槽子中有一台电解槽打开槽罩的最大抽气量，设计的抽气量是5000Nm3/h，同时，保持的压力差0.5毫米水拄；而第二个抽气分支系统，是按照12台电解槽中有1台槽打开3个槽罩的条件下设计的，它的烟管的抽气率到15000 Nm3/h，压力差0.5毫米水拄。 双抽气系统在最佳的能量利用的条件下，集气效率可以达到99.5%。硫从废气中除掉，氟则再循环利用。,海德鲁的400KA槽,海德鲁有关高电流密度和极距认识,Hydro在2008年TMS会议上报告: 历史的经验和对电解过程的

21、新认识以及许多新的发明与创造,使今天有可能将过去认为阳极电流密度最多可以达到0.8-09A/cm2，而现在可以在1.0A/cm2条件下获得电流效率96%和电耗小于13000kwh/t的成绩.这是一个重新认识的结果. 高电流密度的应验指出;阳极质量非常重要,因为绝不能过多的积累炭渣和阳极不能长包. 基础研究的这样性表现在:对在高电流密度条件下电解质的质量传质和降低极距的问题必须搞清楚;还包括侧部槽帮的动力学和氧化铝在电解质中的均匀分布问题. 要研究石墨质和石墨化炭块的化学/机械磨损问题,因为高电流密度的阴极必须采用高阳极电流密度必然要采用高导电率的阴极材料. 要重新考虑内衬设计以保证热平衡发生变

22、化的调整,同时也要研究新的计算机控制技术.,HAL 4e (420KA) 槽电压 和电流密度,2008年5月在Ardal研究中心投产的6台HAL-4e 400KA槽，实际电流达到420KA，阳极电流密度没有公布，推算0.92Acm2。2010年新报导近期电流将升到450KA，电流密度上升到0.98Acm2 。,从图看出：HAL300KA槽，稳定的极距在4.5cm左右，但HAL400KA与HAL-300同样的稳定性是3.5cm，从稳定性图示看：400KA槽比KAL300KA槽躁声更小。从保持的槽电压可以看出，很难解释,海德鲁对铝中含Na的结果与迪拜相反,海德鲁研究表明在氧化铝加入电解质时，由于加

23、料点附近电解质温度的降低（见后面图），在铝/电解质界面上浮着一些冰晶石-氧化铝的共晶体的混合物。在此产生：Al+3NaF+AlF3+3Na 在磁场控制较好，铝液流速较低和过热度保持比较低的电解槽中，铝中含Na较高，电流效率也高； 但是海德鲁也承认在纵向配置的电解槽上，由于磁场的效果不如横向配置，因此，电解质搅动较大，冰晶石-氧化铝的共晶体的混合物迅速融化，Na的沉积就减少了，所以也反映出电流效率较高。,由于阳极设定的技术问题和氧化铝浓度不均匀的问题,每个阳极的极距是不均等的.,影响ACD(极距)不均匀的因素,海德鲁对这个问题进行了研究，除了没有公布阳极更换方法之外，对有些影响的因素介绍如下：

24、众所周知，随着ACD降低到某一个极限值时，电流效率酒会急剧降低。 根据Rolseth等人的测量极距的结果显示：极限极距在2-3cm，作者认为这个极限值随着带槽阳极的引入和最佳磁场的设计，可能还会低一些。因此，相信高电流密度的电解槽必然有一些阳极下面的ACD低于极限值，事实告诉我们高电流密度的电解槽对调整低极距是有利的。 下图告诉我们不均匀的ACD其电流效率很低。因此，设计上改进铝液水平的平整度和操作上改进氧化铝的均匀分布，减少氧化铝浓度的偏差以及过热度变化较小，电解质水平平稳。都对均化ACD有利，见图。 为此，Hydro开发了”自适应流动分布氧化铝“加料策略。见图。,彼施涅 AP3X 和 AP

25、50,彼施涅AP30技术20余年来的进步,AP30从1990年300KA提高到2008年的390KA。提高电流和生产率的幅度高达30%。劳动生产率也提高37%。,Datum of AP 30 . From 11.2005 to 01,2006 (bhpbilliton 2006 March 29网上发表) 同一种槽型在不同的国家和不同的铝厂就有极大的差别 有的槽在340KA条件下可以取得4.1V电压,但有的320KA槽电压却4.22V. 而且后者也没有因为阳极电流密度低和极距比前者高而电流效率有所提高?,Haupin 说：对于全球而言，同一种槽型，在不同地点和不同铝厂，甚至于在一个铝厂的不同系

26、列或工段获得不同效果的情况是司空见惯。,AP39电解槽的开发 在法国圣让铝厂G-系列的强化区共有8台试验槽，其中有6台是AP39电解槽，并分为两个阶段每次启动3台AP39见下表。到2009年6月平均槽寿命已经达到16个月。 表 AP39电解槽启动日期,槽电压 AP39电解槽在启动和稳定生产以后，把槽电压逐步压低，在2009年6月达到原订4.18V的目标，见图。有4台电解槽进行了压低槽电压的试验，已经压低了约170mV，折合电力约540kwh/t Al。电压的目标是4.02V，见图。,阳极效应系数：虽然遇到氧化铝质量的变化(见图中黑三角),但有两台电解槽达到0.05次/天/槽的指标，而且小于一般

27、的AP30。 稳定性：稳定性的程度见图，整个这个统计是从2008年11月开始的。从2009年3月份开始平均的稳定性均在控制的范围之内，当最后两台电解槽在2008年12份启动的时候，它们还执行一项新的电解质温度和优化氧化铝加料的程序。即使是在继续不断压低ACD、多种氧化铝质量的变化和多次电流的波动的情况下，稳定性指标仍能保持在70nano-Ohms的水平。AP39在387KA条件下的稳定性水平优于AP30在325KA条件下运行的指标。,电流效率和直流电耗： 从2009年1月，当采用了优化的下料参数和改变了热平衡制度之后，AP39的电流效率一直稳定的保持在目标值94.5%以上，而且优于AP30。

28、直流电耗在目标值13,400kwh/t 以下。从2009年一月份以后，AP39的日生产量向着3000kg/天/槽的目标迈进，以实现AP3X能够达到日产3000kg的指标。,对AP39的测量：只看两个最有代表性的性能就可以看出电解槽运行是稳定的。首先看阴极棒电流分布的平衡状态，A侧与B侧基本接近，相差越2%（51%比49%），见图左。 测量的槽帮也是比较规整的，见图右。这当然与采用（FCN）强力冷却装置有关。,AP39开发的结论 基于17个系列超过4500台AP30的经验，有效的设计和试验了一种新的AP-39电解槽。 这种新的AP-39电解槽具有升级的母线和阳极组件设计并具有新的阴极设计概念，以

29、及FECRI上部结构和槽壳形式。这种新型的电解槽有可能达到日产3000kg铝的水平，而且是在具有良好环境条件下进行生产的：低的能量消耗，低的阳极效应系数以及低的氟化物排放。 这种新电解槽在法国圣让马利铝厂经过3年在工业化条件下运行的试验，现在既可以用于17个系列的改造也可以用于新建铝厂，而且这种电解槽已经具备达到400KA的电流。 积成了AP技术的全部经验在新建铝厂中应用，将会降低投资费用和生产成本。,500KA或大电流电解槽阴极棒电流分布和流场，阴极棒电流分布的均匀性已经成为电解槽磁场动态和流场变化的主要因素(阴极炭块与阳极炭块数量均为48块,阴阳极上下对应,所以阴极棒96根,即每侧48根。

30、,PECHNEY在开发400-500KA大型槽时特别强调： （1）磁场（2）MHD稳定性（3）热场，主要使槽壳温度 （4）阴极棒电流分布的均匀性（5）流场或熔体的流速（6）AED,AP-3X,AP-3X,AP-3X,AP50与AP30比较,AP50与AP30比较,AP50与AP30比较,AP50B的流速比AP50低10%,加拿大Jonquiere AP-50试验厂的建设,目前在建的试验厂规模为60,000吨/年,采用AP-50B型44台电解槽 2009年TMS会议上公布了整流所土建工程建设照片 2008年5月力拓-加铝对进一步扩大AP-50电解工程编制可行性研究，使试验工厂规模达到140,00

31、0吨/年 计划投资20-25亿美圆，建设一个年产40万吨的大型AP-50工业化项目。,AP50B的试验指标,几个典型高电流密度槽型的运行指标,M.L=Light Metals,结论：西方铝电解技术快速发展挑战,西方三个竞争者:超大型、低极距、高电流强度和低电耗 力托-加铝-Pechiney：300KA400KA500KA。 阳极电流密度：0.98A/cm2，槽电压趋势：4.02V， 电流效率95-96%，直流电耗：1300012800kwh 海德鲁（Hydro）300KA420KA，阳极电流密度： 0.99A/cm2，槽电压：4.08V，电流效率94-95%， 直流电耗： 1300012800

32、kwh 迪拜（Dubai）：DX型：350370KA。阳极电流密度： 0.99A/cm2，电流效率95-96%，槽电压：4.15V，直流电耗： 13000kwh。 这三个公司的技术在中东推广，其特点：与我国的电解槽相比，其单位面积的产能比我们高20-30%，所以我国出口技术面临着电解槽造价比人家高20-30%的局面。,我国铝电解槽的节能,我国铝电解槽的节能效果是国际领先的，直流电耗达到12500kwh/t的目标可以实现，向12000kwh/t靠近还需要努力。 目前国内进行的各种阴极结构的电解槽表明对降低ACD或电压均是有效的，但是，那一种形式对槽寿命有利和节能效果最显著，应用时间较短，目前似乎

33、还没有结论。 不同电流和结构的电解槽，其最佳的电解槽热平衡和工艺条件尚需要下功夫进行科学测定与评价。 我的疑问？我国0.73A/cm2的电流密度,电解槽的 ”到位电压”是多少?3.95V，3.90V ，3.85V？是什么原因影响ACD或槽电压不能下降，磁场设计不好？工艺条件没有摆好？ 0.73-0.78A/cm2的电流密度，槽电压4.15-4.20V与0.95 A/cm2的电流密度4.15V比较怎么也 解释不通？,异型阴极国外专利,郑州龙祥的160KA强化到180KA槽电压3.83V,134台普通槽（没有采用异型阴极）从 2009年7月开始试验，赶紧经9个月试验效果： 由原来的4.15V降低到

34、3.83-3.88V(两种母线配置) 电流从原来的160KA上升到180KA，产能提高12.5% 效应系数：0.02次/槽/天 电流效率:从原来的92.5%提高到93.5% 直流电耗:由原来的13600降低到12400kwh/t 氧化铝浓度控制在1.8-2.5%,过热度控制在8-12,基本条件,原设计为134台154KA槽，22个阳极，阳极尺寸：1450660，阳极电流密度为0.73A/cm2 有54台槽立母线由两端进电，另76台为大面4点进电 实测垂直磁场平均值：-34.02Gs33.3Gs 电流强化到180KA时，阳极改为1550660，阳极电流密度为0.826A/cm2 电流升高后母线压

35、降增加50-60mV，阴极压降平均376mV，两者合计增加约120-140mv，而试验达到的电压3.83-3.88V均含有此不利因素 实测槽电压:3.843V 电解质分子比为2.5(原来2.34)，LiF含量2.38-2.68%，电解质温度928，铝液温度910 ，电解质水平19-21cm（原来22.6），铝液高度24-26cm（原来17.7),龙祥电解槽控制的手段仍然通常个主要参数 能量的准平衡 质量或物料的准平衡 噪声的准平衡 这里用“准平衡”的意思是说明它们的变化是在一个非常“窄”的范围内变化的 只有这三者能建立在“准平衡”的基础上，过热度才能基本稳定，槽帮的厚度也就能够准稳定 保持稳定

36、的条件：电压、分子比和噪声，,日本三菱坂出铝厂 电解质成分：LiF-1.5%,过剩AlF3-6%; 半石墨化阴极炭块和圆型阴极棒; 阳极使用为沥青焦； 电流：132KA；电流效率91.3%；槽电压：3.74V； DC:12.2kwh/kg。 132KA原槽壳不变，采用沥青焦为基础的半石墨化阴极 和圆形大阴极棒，炉底压降预计降低0.2V,实际降低到 0.21V.,降低成本与 低极距、低电压、高电流密度 和高电流效率问题的讨论,几个典型铝厂平均现金生产成本(USD / 吨),西方国家跨国公司对于新建铝厂的最重要的条件之一就是电价要便宜，除此之外降低现金成本的重点就放在劳动力和车间管理费方面。另一个

37、最重要的途径就是降低还贷成本（看彼施涅自白）,中国电解铝成本的竞争力问题 2009年某厂上半年原铝成本,而我国突出的问题当然是电费，因为经过最近几年市场发展的情况来看，原材料的价格基本上随铝价的变化而变化，从长期看铝价与成本之间差额不会太大，因此降低其他费用对降低铝锭成本方面也应于考虑。,讨论-1,上面三个大型电解槽的事例说明: 大幅度的提高电流密度对于降低成本是最为有效的 当然提高电流效率也将降低成本或获得利润 西方国家看重这两点，用前表田纳西铝厂数据为例，其现金 成本为1448美圆/吨。假设某厂年产原铝20万吨，原有阳极 电流密度0.73A/cm2，现提高30%达0.95A/cm2，此时，

38、原 料费用不变（设电耗不变，前3例都是强化后降低了电耗）， 工厂产量增加到26万吨，每吨铝成本中的劳动力和其他费用分 别由原来的148和119美元降低到114和92美元，现金成本由 原来的1448美元降低到1386美元，年增加利润1600万美元。 同理，提高电流效率也将同样相应降低这两种成本。 计算例还没有包括建设费用的还贷。西方国家则更重视此点,讨论-2,2。 上面三个大型电解槽的事例说明: 大幅度的提高电流密度必须与降低极距ACD相结合， 1cmACD相当于300-350mV 大幅度的提高电流密度必须改造阳极和阴极质量与结构 大幅度的提高电流密度必须有最佳的母线电流密度和配置 大幅度的提高

39、电流密度必须有“窄窗口”的控制技术 除彼施涅使用槽壳强制冷却手段外，其他两个公司均没 有提到采用这种装置，只是在槽壳上增加了散热板，说明 1cm或更多一些的ACD加上其他上述集中措施，就可以为提高 电流提供足够的空间。,讨论-3,3。 我国新型阴极槽和龙祥普通槽降低极距或电压的事实说明: 小电流的电解槽其单位容量的散热面积大电流的，也就是小槽单位面积 的散热量大电流槽 单位面积散热量越小的电解槽，过热度t变化对槽帮厚度的影响越小 采取保温或强制冷却对单位面积散热量（q）的影响过热度t变化对q 的影响，因此，必须认识到在给定的槽上侧壁的散热是依赖槽帮厚度的 （h），而h又取决过热度t的 降低AC

40、D实际就是降低内热，电解槽保温，除减少烟气或结壳跑掉的热 量外，只有加强侧部保温，此时槽帮厚度增加，过热度减小，还带来氧化铝 的溶解度降低，电解质萎缩，炭渣分离困难，沉淀增加，电流效率降低等问 题，而且这些措施最多只能补偿1cmACD的1/3或1/2。 单纯依赖降低ACD，必然表现着内热不足，单纯依靠强制保温是不可能补 偿内热不足的，只能依靠提高电流密度才能提高过热度。,电解槽强化电流和现代化的经验 电解槽热平衡方程式 QI（V1.6490.48R体外）， (1) 式中：Q 为热损失，I为电流，V为槽电压，为电流效率， Rext为体系外电阻。将（1）式除以I，则（1）式可写为 q热损= V1.

41、6490.48V体外 (2) 式中a热损热损失系数，V体外=母线电压降 这个公式说明在给定的电流效率和V体外之外，电解槽的单位安培的q热损只与槽电压成正比，但是q热损与前面提到的电单位散热面的积散热量是两回事。 电解槽强化电流或提高电流密度，如果引起电解槽的欧姆电压相应上升，而侧部结壳又必须要有一定的厚度，彼施涅的做法是采用侧壁强制冷却（通风）；海德鲁和迪拜发是在强化电流的同时降低极距（ACD）这是合算的。但降低ACD的极限是噪声不能增加或电流效率不能有显著的降低（海德鲁一般效率94%），现在彼施涅也发现他们过去没有认识到ACD的作用。,讨论-4,4。 操作路线探讨 前面三个高电流密度电解槽均

42、表明在某一低极限极距条件下电流效率没有 降低，主要的解释就是在最佳磁场补偿和最佳控制技术的条件下，ACD可以 降低某一个极限值；还有一种解释就是由于阴极电流密度的大幅度提高，阴 极的产铝量增加了，而铝的损失仍然是原有的（常数），所以，即或是由于 ACD影响了电流效率，也被阴极增加的铝产量所补偿 假设原有的阳极电流密度为0.73A/cm2，槽电压为4.05V，现在降低1cm ACD（300mV），此时，相当于降低到3.75V，原有体内欧姆电压= 4.05-2.0(电解铝需)-0.2(母线压降)=1.85V，即q热孙=1.85V，理论上可以利 用降低的300mV提高电流0.3/1.85100%=1

43、6.2%，即从0.73A/cm2提高 到0.85A/cm2，如果原有电解槽再将阳极和阴极结构改进和降低母线电流密 度等措施，提高电流25-30%是完全可能的，但我不主张，因为节电是主要 的，提高电流是为了补偿内热的 不足，同时又降低了成本，一举两得，建议 提高的幅度在10%左右，视具体条件而定。,取决于电压高低的主要组成部分,最主要的是极距ACD 电流密度 电解质成分:主要分子比或AlF3%过剩量 磁场分布与Bz 阴阳极材质与结构 母线电流密度,权威学者Haupin这三张电压平衡和能量平衡图概念非常清楚可惜他也没有说明ACD、电流密度和电解质成分是多少？因此也无法判断“到位电压,这张图是前面图

44、的中文解释，计算能量平衡要用右侧的概念,意见或结论,国内外的实践表明ACD可以降低到3.5cm，均匀每个阳极到铝液表面的ACD，还有降低的可能 国外三个厂都表明在大幅度提高电流密度的情况下没有降低电流效率，国内也证明只要技术条件合适，还可能提高电流效率 无论是异型阴极还是普通阴极，降低200-300mV是可能的，利用降低内热电压的部分电压用于增加电流不仅仅是为了提高产量，更重要的是为了弥补内热的 不足，稳定了电解槽的 热平衡 在我国目前普遍阳极电流密度为0.73A/cm2的情况下，提高8-12%的电流是可行的，不用采用特别的保温措施，小槽子提得高一些，大槽子提得少一些 提高电流之后，母线的电流

45、密度增加、阴阳极压降增加，因此有必要进行改造，这样有可能又降低了50-70mV,使得槽电压又进一步降低 我国原有的160KA电解槽，虽然加长了阳极，电流提高了10%，但是阳极电流密度仍然在0.73A/cm2左右，有必要进行全面更新与改造，使之达到200KA的水平，电耗在12500kwh或以下，以提高竞争力 实事求是的评价降低ACD后的实际效果，对我们正确的评价各种形式的阴极结构，以便得出正确的节电数据是非常重要的，节电1000-1200kwh/t的数据是与以前数据进行比较的，我认为在目前我国的具体条件下，降低电耗应该与“到位电耗13000-13200kwh进行比较，这样我们才是世界水平。,12500kwh/t的条件,谢谢您的注意,